Овдиенко А.А.
Донецкий Национальный Технический Университет
Источник: "Сборник научных трудов студентов физико-металлургического факультета ДонНТУ"
- Донецьк, ДонНТУ - 2009.
Использование электростатического поля при дегазации стали
Проблема внепечной дегазации стали, связанная с повышением ее качества, на сегодняшний день остается актуальной.
Существует перспективность использования электростатического поля для переноса ионов удаляемого газа из расплава стали в вакуум.
Известно, что силы взаимодействия этих ионов с поверхностью металла могут быть значительные. Вместе с тем, объединение ионов в нейтральные молекулы облегчает их десорбцию в вакуумное пространство, так как силы, ответственные за связь нейтральных молекул с зеркалом металла (силы В-Д-Ваальса), сравнительно невелики.
Возможны несколько вариантов использования вакуума с электростатическим полем в технологии внепечной дегазации стали от растворенных в ней водорода и азота.
В первом из них создаются напряженности этого поля, превышающие критическое значение Eкр, при котором положительным ионам удаляемого газа на зеркале металла с помощью рассматриваемого поля сообщается энергия, которая превышает энергию связи ионов с металлом. Происходят срыв частиц с межфазной границы неподвижного расплава и интенсификация процесса дегазации. Это происходит при напряжениях 5-30 кВ при величине межэлектродного промежутка 1,7 см. Величина Екр, как известно, зависит от строения поверхностного слоя, а также от характера межчастичных связей.
Во втором варианте, в котором при дегазации от водорода раскисленной стали порционным вакуумированием электрический потенциал отрицательного знака подавался на электрод подогрева вакуум-камеры. Малые напряженности электростатического поля не привели к интенсификации процесса дегазации. Вместе с тем, электрический ток водородной эмиссии, протекающий в полости вакууматора, является индикатором относительной завершенности процесса дегазации. В этом случае отказ от дальнейшего продолжения этого процесса по достижении величиной тока определенного малого значения (по сравнению с исходной его величиной) экономит энергоресурсы.
И, наконец, третий возможный вариант использования электростатического поля при вакуумировании стали в ковше учитывает известный факт перехода диффузионно-адсорбционного лимитирования процесса дегазации металла в кинетический по достижении некоторой концентрации удаляемого газа в расплаве. При этом, если производится дегазация от растворенного азота, атомы которого испытывают известные энергетические трудности объединения в молекулы на межфазной границе, то достаточно малые концентрации этих атомов на границе «вакуум-металл» могут затруднить процесс дегазации. Для интенсификации деазотации расплава перспективным на этом этапе является подключение источника умеренного электростатического поля отрицательного потенциала и соответствующей напряженности. Источник должен быть локализован в вакуум-камере. Внешнее поле перераспределяет ионы удаляемого азота по зеркалу металла, образуя области сгустков ионов.
Благодаря наличию сгустков ионов увеличивается вероятность их молизации в сгустках и десорбции сформированных молекул в полость вакууматора. При этом процесс деазотации стали может быть интенсифицирован.
На первом этапе исследований в порядке теоретической проработки вопроса построена математическая модель диффузионного процесса в неподвижном раскисленном расплаве стали при воздействии на него вакуума с электростатическим полем по способу вакуумирования в ковше.
Литература
1. А.В.Кайбичев, Б.М.Лепинских. Рафинирование жидких металлов и сплавов в электростатическом поле.-М.:Наука.-1983.-120с.
2.Д.А.Дюдкин, Н.И.Захаров. К вопросу энергосбережения при дегазации металла// Металл и литьё Украины.-1996.-№3.-с.17-18.
3.Пат.№2002075649. Способ рафинирования металлов/ Захаров Н.И., Троцан А.И. и др.// Заявлено 09.07.2002; опубл. 15.04.2003. Бюл.№4.-2с.